ولتاژ و جريان الکتريکي : اسکالر يا برداري؟
ولتاژ و جريان الکتريکي : اسکالر يا برداري؟
در فصل دوم کتاب مدارهاي الکتريکي، پيرامون کميت هاي برداري و نحوه بررسي و محاسبه آن ها مطالب گسترده اي ذکر شده است. برخي نکات ممکن است در ذهن دانش آموزان اين نکته را به وجود آورد که کدام کميت ها را برداري و کدام کميت ها را اسکالر يا همان عددي در نظر بگيريم؟!
اولين جوابي که در اين فصل براي دانش آموزان ارائه مي شود قانون " ضرب برداري داخلي" مي باشد که بنا به تعريف از حاصل ظرب داخلي دو کميت برداي همواره يک کميت اسکالر حاصل مي شود و به راحتي بسياري از کميت ها را مي توان با اين قانون دسته بندي نمود. اما آيا کميت هاي اصلي نيز از چنين قوانيني تبعيت مي کنند؟
طبق تعريف موجود در کتاب درسي، هر کميتي که داراي اندازه جهت و راستا باشد، کميتي برداري محسوب مي شود. ولتاژ و جريان الکتريکي نيز داراي اندازه ، جهت يا قطبيت مي باشند و در روابطي مانند محاسبه توان الکتريکي يک کميت اسکالر مانند توان الکتريکي ايجاد مي کنند. اما آيا ولتاژ و جريان الکتريکي را کميتي برداري در نطر بگيريم؟
جواب مساله کاملا واضح است.... خير!! ولتاژ و جريان الکتريکي کميت هاي برداري نيستند. مطابق قوانين الکترومغناطيس کميت هاي ولتاژ و جريان الکتريکي از روابط زير حاصل مي شوند:
به بيان ساده ولتاژ يا اختلاف پتانسيل الکتريکي ناشي از حاصل ضرب دو کميت برداري شدت ميدان الکتريکي و عنصر طولي و جريان الکتريکي نيز ناشي از حاصل ضرب دو کميت برداي شدت ميدان مغناطيسي و عنصر طولي مي باشد.
بنا به قرار داد جهت اختلاف پتانسيل را هم راستا با تغييرات ميدان الکتريکي و جهت جريان را هم راستا با جهت حرکت بار هاي الکتريکي در نظر مي گيريم. ( هم راستا بودن را با هم جهت (همسو) بودن اشتباه نگيريد.)
بنا به اين قرار داد در محاسبه مقادير جريان و ولتاژ در مدارات RL وRC و RLC از روابط برداري استفاده مي کنيم، اما همواره به ياد داشته باشيم که اين دو کميت ذاتا اسکالر ( عددي ) مي باشند.
- فرکانس توان لحظه اي !
در بحث محاسبات توان ديديم که توان الکتريکي حاصل از ضرب داخلي دو کميت ولتاژ و جريان الکتريکي مي باشد. با بررسي معادلات زماني اين حاصل ضرب، مشاهده مي شود که قسمتي از توان که به صورت لحظه اي تغيير مي کند و به توان لحظه اي معروف است داراي مولفه ي فرکانسي با ميزان دو برابر نرخ مولفه فرکانسي ولتاژ و جريان مي باشد که مي بايستي اين نکته در حل مسائل به خاطر سپرده شود.